冷却塔腐蚀控制

冷却塔提供了一种有效的散热方法，广泛用于空间调节、制冷和工业冷却应用。控制冷却水系统的腐蚀是全球许多行业面临的重大挑战。

在冷却水回路中，腐蚀和结垢问题并不新鲜，但环境立法的持续趋势导致蒸发程度越来越高，从而导致各种物质的残留浓度非常高。因此，即使最初使用的水是清洁的且无腐蚀性的，由于这种浓缩效应，它们也会变得具有腐蚀性，并且导致结垢和生物污染的趋势增加。

在本文中，我们将了解冷却塔、它们最常面临的腐蚀问题以及如何预防。

冷却塔回路类型

在闭合回路中，所有的冷却水都被限制在一个闭合回路中。没有与大气接触，因此没有被后者污染的风险。热量通过次级回路的传导和对流而不是直接通过初级回路水的蒸发来去除。闭路回路只能用于小型工厂、高流量系统或带有制冷装置（冰水箱）的系统。

图1：封闭式循环冷却系统
资料来源：控制冷却水中的腐蚀，由 J.D. Harston 和 F. Ropital 编辑

如图 2 所示，开放式循环冷却系统应用最为广泛。半封闭回路由给水供给。循环水流量由泵保持恒定。水被热交换器中的热工艺流体加热。热水与冷却塔中的空气直接接触，通过这种接触和蒸发潜热的损失而被冷却。

图2：开放式循环冷却系统
资料来源：控制冷却水中的腐蚀，由 J.D. Harston 和 F. Ropital 编辑

使用未处理水引起的问题

冷却水回路中的三种主要问题是结垢、腐蚀和结垢。这些问题密切相关，针对其中一个问题采取的纠正措施经常会对其他问题产生影响。

缩放

当金属或其他表面被附着的矿床覆盖时，就会出现结垢。与固体颗粒从液体中沉降所产生的沉积物相比，其显着特征是水垢附着在表面上。水垢可以增强对悬浮物的捕集。

在供水冷却回路中，结垢主要是由于碳酸钙的形成。水垢随后可能含有其他物质，如粘土、藻类残留物或硫酸钙，但由于其溶解度较低，因此总是首先沉淀出碳酸钙。

腐蚀

金属的水腐蚀本质上是电化学的，涉及两个独立的反应。第一个反应对应于金属的氧化。第二个反应是腐蚀介质中某些物质的还原。金属氧化反应是阳极的，将带正电的金属离子释放到溶液中，将电子释放到金属中，如下式所示：

(M)金属 --> (M ⁿ⁺ )解决方案+ ne ^-

随后，金属中释放的电子在腐蚀介质中还原氧化剂，进行如下所述的阴极反应：

(牛 ^+q )solution + (ne ^- )金属 --> (红色 ^q-n ) 解决方案

根据所涉及的介质和材料，可能会出现多种腐蚀模式。对于钢合金，最常见的腐蚀模式是均匀腐蚀、点腐蚀、缝隙腐蚀和晶间腐蚀。对于铜合金，腐蚀模式包括脱锌和耗尽Al或Ni。

微生物引起的腐蚀结垢

微生物自然存在于所有水域。如果它们扩散得太快，就会在水循环中产生两种类型的问题：

• 生物污染 ，这与微生物菌落在设备表面的积累有关，从而导致生物膜的形成。
• 生物腐蚀， 这与微生物的化学攻击有关。对于金属，腐蚀通常是由细菌引起的。

在这两种情况下，微生物繁殖的后果都可能很重要，包括换热器效率降低、管道阻塞、背压增加，甚至因突破腐蚀而泄漏。

水循环治疗

上游给水处理的目的是改变原水的特性以满足相关回路的要求。无论对给水进行何种处理，仍然需要向冷却回路中的水中添加化学物质。这是因为需要特定的场地条件来确保所采用的治疗理念的成功。常用的化工产品有阻垢分散剂、缓蚀剂、杀菌剂等。

阻垢和/或分散剂处理——稳定

在此过程中，将添加剂注入回路中以防止碳酸钙沉淀，尤其是在热点处。这些产品要么增加溶解度极限，要么将水保持在过饱和状态。因此，它们使电路能够以更高的浓度比运行。

涉及的主要机制有：

• 螯合/络合以与钙和镁离子形成稳定的分子
• 晶核中毒
• 抑制晶体生长
• 一种分散效应，可将成核颗粒保持在接近其溶解度极限的分散状态。

稳定化处理非常受欢迎，因为它们允许在“自由 pH 值”下操作。

然后pH受CO控制，水和大气之间的溶解度平衡，成为M-碱度水平（MA）的简单函数。

pH 控制

CaCO3的溶解度极限对pH值敏感，直接影响碳酸根离子的浓度。为了防止 CaCO3 沉淀，将酸注入回路中以降低 pH 值。为此通常选择硫酸。

事实上，添加酸有两个作用：它通过中和 HCO3- 离子，形成 CO2 来降低 MA 水平。如果 CO2 的产生速度比通过脱气从回路中去除的速度快，它还会降低 pH 值。

腐蚀抑制处理

当回路中加入缓蚀剂时，产品会形成不阻碍传热的薄吸附膜。它们含有两种活性剂以阻止阳极和阴极腐蚀反应。

阳极抑制剂

阳极抑制剂增加阳极极化并将腐蚀电位向阴极方向移动。这些物质与金属腐蚀产物结合形成完全不溶的盐。如果抑制是纯阳极的，则需要大量的抑制剂。这只能在体积很小的电路中实用，因为任何抑制剂的缺乏都会导致加速的局部攻击。

阴极抑制剂

阴极抑制剂通过减缓电化学腐蚀电池的还原反应速率来减少腐蚀。这些物质与阴极腐蚀反应的产物结合，再次形成不溶性化合物。阴极缓蚀剂的风险低于阳极缓蚀剂，因为局部腐蚀不会因浓度下降而引起。

有机抑制剂

有机抑制剂的作用与形成连续的吸附膜有关，从而阻碍暴露表面的电化学反应。该薄膜是由极性有机分子物理或化学吸附在金属表面形成的，因此分子的选择取决于所涉及的金属。

治疗实施

在定义了调节处理之后，然后根据现场的具体特征实施。对于闭合回路，调节产品在启动时注入。除非发生意外排水，否则无需进一步添加。

在开放式循环水系统中，除非氧化性杀菌剂外，其他试剂通过泵定期注入进水池中。在极少数情况下，采用重力注入。在某些关键换热器中，有时可能需要额外的点处理。

近年来，实时腐蚀监测系统被用来评估一般腐蚀速率以及评估局部腐蚀或点腐蚀的可能性。这些系统结合了电化学噪声（ECN）、低频阻抗（LFI）和谐波失真分析（HDA）等技术。